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UNIDADE CENTRAL DE EDUCAÇÃO FAEM FACULDADE LTDA -UCEFF FACULDADE EMPRESARIAL DE CHAPECÓ - FAEM CURSO Engenharia Química PERÍODO 3º DISCIPLINA Físico-Química I PROFESSOR Prof. Francisco Machado Jr. ANALISE DO TEOR DE ETANOL NA GASOLINA CAMILA DE MELLO DE MICHELI DIEGO BALDO LUCAS ZAMBONI TALIA REBELATTO DAMBROS CHAPECÓ/SC, 2018 1. INTRODUÇÃO O carvão, o óleo e o gás são os conhecidos combustíveis fósseis. Recebem esse nome por serem compostos químicos constituídos principalmente de fósseis de seres remotos (SAGAN, 1998). São elementos orgânicos pertencentes à classe de Hidrocarbonetos. Um dos combustíveis fósseis mais utilizado é o petróleo, que acabou garantindo um extenso desenvolvimento industrial a partir do século XX. Sua vasta utilização se dá em decorrência de que quando passa por destilação fracionada, o petróleo dá origem a diversos tipos de produtos, tais como o diesel, querosene, óleos lubricantes, gás natural, parafina, asfalto, etc. (DAZZANI et al, 2002). Porém, a maior demanda por produtos derivados do fracionamento de petróleo é a gasolina, que é “tipicamente uma mistura de Hidrocarbonetos saturados que contém 5 a 8 átomos de carbono” (Morrison e Boyd, 1996; Solomons, 1996 apud DAZZANI et al, pg. 01, 2002). Como comenta Amparo, Reis e Borges (2016), esse produto é volátil, líquido e inflamável, e sua composição da origem a mais de 400 compostos. A gasolina está em alta no índice de combustíveis mais utilizados no Brasil, perdendo somente para o óleo diesel. Através do desenvolvimento de motores de combustão interna, a partir da metade do século XX, surgiu a necessidade aperfeiçoamento da gasolina, adquirindo maior número de octanagem, obrigando as indústrias, principalmente petrolíferas, a buscarem diversas formas de melhorias. E dentre os principais tipos de aperfeiçoamentos, destaca-se “a redução de compostos olefinicose e do teor de benzeno obtidos através do hidrocraqueamento catalítico do petróleo” (CHAGAS, 2006 apud AMPARADO, REIS e BORGES, pg. 02, 2016). O processo de hidrocraquamento do petróleo necessita da adição de Hidrogênio. Que é utilizado para diminuir a instauração das cadeias, e consequentemente aumentar a alta octanagem (CHAGAS, 2006 apud AMPARADO, REIS e BORGES, pg. 02, 2016). Assim, a gasolina adquiriu sua principal característica através da octanagem, podendo ser avaliada através do “seu poder calorífico, conferindo a mesma sua capacidade de resistir à detonação”. A octanagem pode ser avaliada através do Octano Motor (MON) que é responsável por analisar a resistência que a substância tem quando o motor opera com maior potência. E também pelo Octano Pesquisa (ROM) que avalia a resistência da gasolina quando o motor opera com menor potência. Assim, com essas duas formas de avaliação, obtém-se uma média de eficiência da gasolina chamada Índice Anti-detonante (IAD) (SANTOS, FERNANDES e FERNANDES JR, pg. 01, 2001). Desta forma, a adição de aditivos se tornou algo comum, já que proporciona a minimização desse índice, logo que essas substâncias impedem a formação de depósitos. Que permite aos bicos injetores e as válvulas de admissão dos automóveis permanecerem limpas (SANTOS, FERNANDES e FERNANDES JR, pg. 01, 2001). Uma variedade de compostos foi testada para a adição à gasolina. Os compostos que mais se adaptaram são a classe dos álcoois, que tem a vantagem ser extraídos de fontes renováveis, como a celulose, trigo, batata, arroz, cana-de- açúcar, etc. Os álcoois são compostos orgânicos que têm o grupo funcional Hidroxila (OH) ligado diretamente a um carbono saturado (BIANCHI, ALBERT e MAIA, 2005). Essa classe de compostos orgânicos é vastamente encontrada na matriz energética brasileira. E o álcool que mais se destaca, relacionado à utilização de aditivos, é o Etanol ou Álcool Etílico, que é obtido através da fermentação de carboidratos, como demostrado a Reação de Produção 01. Reação de Produção 01: Processo de obtenção o Etanol utilizando a Zimase como catalizador. Fonte: Adaptado de Bianchi, Albert e Maia (2005). Como explicam Dazzani et al (2002) a principal forma de utilização desse álcool é como antidetonante. Por consequência tem muita importância no emprego de aditivos. E para uma melhor gestão da produção de gasolina com aditivos, o controle de qualidade da gasolina no Brasil é realizado pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) (FERREIRA, FLUMIGNAN e OLIVEIRA, 2007). Brunetti (2012) apud Rodrigues e Ferreira (2015) explica que no Brasil é classificada como Gasolina tipo A, a classe de combustíveis que não tem a adição de etanol anidro combustível. Já a Gasolina tipo C é vastamente utilizada e deve apresentar um percentual gerenciado de etanol anidro combustível. Fogaça (2014) apud Rodrigues e Ferreira (2015) diz que a Gasolina C pode ser dividida de quatro formas distintas: a Gasolina C Comum que tem uma característica amarelada e não contém aditivos; a Gasolina C Aditivada que tem atributo de possuir aditivos como detergente e dispersantes, com o objetivo de promover a limpeza do sistema de combustível; a Gasolina C Premium que tem menor quantidade de enxofre e gases poluentes; e a Gasolina C Podium, que é exclusiva da Petrobrás e é considerada a gasolina mais estável produzida na região Latino Americana. Assim, ANP (2015) apud Amparo, Reis e Borges (2016) desenvolveu a Resolução nº 1, de 04 de março de 2015, do Conselho Interministerial do Açúcar e do Álcool, que determina que o percentual obrigatório de etanol anidro combustível na gasolina comum é de 25%, já a gasolina premium é de 27%, sendo aceita uma margem de erro de ±1%. A falta ou o excesso desse álcool em relação a esses limites acaba comprometendo a qualidade do produto. Muitas vezes, na tentativa de minimizar os custos, várias empresas realizam o processo de adulteração da gasolina, que consiste na adição de produtos de menor custo que acabam alterando as características do combustível original. Existem vários produtos utilizados na adulteração, como solventes em geral, fósforo, chumbo, querosene, óleo diesel, água, etc., que podem causar sérios problemas no funcionamento do automóvel (RODRIGUES e FERREIRA, 2015). Aliado a isso, a alcoometria é responsável por determinar o grau alcoólico de misturas do tipo água-álcool. A medida é feita através do volume de etanol contido em uma solução de gasoluna, a temperatura de aproximadamente 20℃, expresso em porcentagem (V/V) (ANVISA, 2010). Dessa forma, a conversão de medidas pode ser feita de maneira simples, através de adaptação de medidas, comumente conhecida como “regras de três”. O instrumento responsável pela determinação do teor alcóolico de uma solução de gasolina é o Alcôometro, que é expresso pela unidade de medida de grau Gay-Lussac, e pela escala Cartie (1/45). Se tornando importante expressar que as medições para essas escalas só são exatas quando a solução for alcóolica (ANVISA, 2010). Como comenta Souza et al (2014), a medida mais adequada para determinação de grau alcóolico de uma mistura de gasolina comum é a de Gay- Lussac, que recebeu esse nome em homenagem ao Físico-Químico de mesmo nome que teve grande contribuição na formulação das Leis dos Gases Ideais. A primeira Lei dos Gases Ideais, ou também conhecida como lei de Boyle expressa que quando uma temperatura é constante, o volume de certo gás é inversamente proporcional à pressão na qual ele é submetido. Já a segunda lei, chamada de Lei de Charles prova que sobre uma pressão constante, o volume e a temperatura absoluta(dada em Kelvin) de um gás são diretamente proporcionais. E por fim, a terceira Lei dos Gases Ideais é a Lei de Gay-Lussac e Charles, que demonstra que a um volume constante a pressão e a temperatura absoluta que um corpo é submetido são diretamente proporcionais (MAGALHÃES, G. FERNENDES E C. FERNANDES, 2013). Logo, a escala Gay-Lussac, é baseada na Terceira Lei dos Gases Ideais, ou seja, que trata de transformações isovolumétricas. Como os volumes dos gases são constantes, a lei ocasionou a criação de uma unidade de medida para Álcoois, que é utilizada pela Alcoometria para medir o teor alcóolico em certas substâncias, medida em Graus (SOUZA et al, 2014). 1.1. OBJETIVOS 1.1.1. Objetivo Geral Aprender a identificar de forma rápida qual o percentual de álcool em uma amostra de gasolina. 1.1.2. Objetivos Específicos a) Analisar o percentual de qualidade de uma amostra de gasolina; b) Ser capaz de determinar a quantidade de etanol anidro que uma quantidade de gasolina comum contém. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. MATERIAS EXPERIMENTAIS Para a realização dos experimentos foi utilizada a estrutura física do Laboratório de Química da instituição de ensino superior UCEFF, onde se fez uso dos seguintes equipamentos, vidrarias e reagentes: a) Água destilada; b) Gasolina comum (C8H18); c) Proveta de 100 ml; d) Béquer de 100 ml; e) Bastão de vidro; f) Alcoômetro; Com a continuidade dos processos, foram realizados os cálculos para determinar o percentual e a seguida conversão para Litro(L), da quantidade de álcool em uma amostra de gasolina comum. Com o término dos experimentos, desenvolveu-se o embasamento teórico com base em livros, artigos acadêmicos e monografias, etc. 2.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Para a realização do primeiro experimento, com o auxilio de um béquer de 100 mL, tornou-se necessário transferir 50 mL de gasolina comum para uma proveta de 100 mL. Após isso, adicionou-se 50 mL de água destilada na mesma proveta. Assim, a solução foi homogeneizada, com agitação da mistura utilizando um bastão de vidro. Logo após, ocorreu à formação de duas fazes de mistura. Assim, através dessa “separação”, aliando aos conhecimentos aprendidos na aula de Físico- Química I, pode-se mensurar o teor de etanol na gasolina. No segundo experimento, adicionou-se 50 mL de álcool em uma proveta de 100 mL, e posteriormente inseriu-se o alcoômetro dentro da proveta para a medição da porcentagem pureza do álcool. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Realizando os procedimentos como descrito acima, ao homogeneizar a solução contendo 50 mL de água destilada e 50 mL de gasolina comum, esperou-se alguns minutos, até que se formasse uma mistura heterogênea de duas fases, e entre elas uma faixa amarela, sendo a superior a gasolina por ter densidade menor (0,75 g/cm3) e a fase inferir a mistura de água e álcool. Obtendo-se uma solução aquosa de gasolina e álcool, com 67 mL de álcool com água, e 33 mL de gasolina. Ao realizar os cálculos para descobrir o teor de gasolina, necessitou-se fazer a diferença entre a quantidade original e final da solução, sendo assim obteve-se (Equação 01). Lembrando que a quantidade de água inicial era de 50 mL, já a de água final de 67 mL. Equação 01: Diferença de água antes e após homogeneização Fonte: Dos autores. Com esse resultado realizou-se uma “regra de três” (Equação 02) para obter a porcentagem de álcool na gasolina: Equação 02: Cálculo para determinação do teor de álcool na gasolina Fonte: Dos autores. Para que não ocorressem erros na determinação do teor de álcool, foram realizados novamente os procedimentos, obtendo-se uma diferença de 18 mL após a homogeneização, e com a realização da regra de três, obteve-se uma porcentagem de 36% de álcool. A imagem 01, mostra como ficaram as duas soluções após a homogeneização: 67 - 50 = 17 mL 50 mL ----------- 100% 17 mL ----------- X X = 34% de álcool Imagem 01: Soluções após a homogeneização Fonte: Dos autores. Na segunda parte da aula prática, foi realizada a medição da porcentagem da pureza de álcool numa solução de água e álcool destilado, por meio de um alcoômetro. Sendo que a faixa de medição de álcool é de 0 a 100% Vol. na escala Gay-Lussac onde (0% = água pura / 100% = álcool puro) e 10/45 na escala Cartier. Dessa forma, obteve-se pela escala Gay Lussac uma porcentagem de 80% de álcool puro na amostra, sendo os outros 20% água e na escala Cartier 32. Realizando outra regra de três (equação 03) para saber a quantidade álcool em mL obteva-se: Equação 03: Cálculo para determinação da pureza do álcool Fonte: Dos autores. As imagens 02 e 03 demonstram como foi feita a determinação da pureza do álcool: Imagem 02: determinação da Imagem 03: determinação da pureza do álcool pureza do álcool Fonte: Dos autores. Fonte: Dos autores. 4. CONCLUSÃO Pode- se observar as duas fases das misturas, na qual foram adicionadas a gasolina e a água destilada. Isso se deve a consideração de que a água é um composto polar e a gasolina, basicamente constituída por hidrocarbonetos, apolar. Sendo assim, com a homogeneização final da mistura, notaram-se as fases bem nítidas com cores dispersas para cada substância englobada. Nos resultados que se 100% -------- 250 mL 80% --------X X = 200 mL de álcool e obviamente 50 mL de água encontrou para a percentagem de etanol (34%, 36%) presente na gasolina utilizada. Notou-se que a gasolina analisada está fora do percentual obrigatório de etanol anidro combustível na gasolina comum que é de 25%, logo, foi adulterada, podendo causar sérios danos aos automóveis que consomem esse produto. Concluindo os objetivos pressupostos, na solução de água destilada e álcool, foi medida a percentagem de pureza do álcool utilizado, juntamente com o alcoômetro nas escalas Cartier e Gay-Lussac, assim, os resultados obtidos foram satisfatórios. Com o intuito de analisar as diferentes amostras envolvidas e as características que englobam a aula experimental, tornou-se importante e necessário obter um conhecimento sobre os assuntos propostos, aliando a teoria com a prática. Haja vista que o objetivo geral que consistia em aprender a identificar de forma rápida qual o percentual de álcool em uma amostra de gasolina foi alcançado com clareza. REFERENCIAL BIBIOGRÁFICO AMPARADO, Bruno Luiz Rodrigues, REIS, Maria, BORGES, José Diogo Gontijo. Determinação do teor de etanol na gasolina dos postos de combustíveis do município de Passos (MG). Ciência et Praxis. Volume 09, n. 18, 2016. Disponível em: http://revista.uemg.br/index.php/praxys/article/viewFile/2423/1498. Acesso em mai. 2018. ANVISA. Anexo 8 – Alcoometria. 2010. Disponível em: http://www.anvisa.gov.br/hotsite/farmacopeiabrasileira/arquivos/cp38_2010_anexos/alcoometria.pdf. Acesso em mai. 2018. BIANCHI, José Carlos de Azambuja; ALBERT, Carlos Henrique; MAIA, Daltamir Justino. Universo da Química. Volume Único. 1. Ed. São Paulo. FTD, 2005. DAZZANI, Melissa, et al. Explorando a Química na Determinação do Teor de Álcool na Gasolina. Experimentação No Ensino De Química, n. 17, 2002. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc17/a11.pdf. Acesso em mai. 2018. FERREIRA, Fabrício de Oliveira, FLUMIGNAN, Danilo Luiz, OLIVEIRA, José Eduardo. Determinação Da Composição E Da Octanagem De Gasolinas C Por Espectroscopia De Rmn 1h E Regressão Linear Múltipla. Centro de Monitoramento e Pesquisa da Qualidade de Combustíveis, Petróleo e Derivados (CEMPEQC). Campina, SP, 2007. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/268418641_DETERMINACAO_DA_COMPOSICAO_E_DA_OCTANAGEM_DE_GASOLINAS_C_POR_ESPECTROSCOPIA_DE_RMN_1_H_E_REGRESSAO_LI NEAR_MULTIPLA?enrichId=rgreq-5d6aabcc3c3d732e870ec57858aa1bb8- XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzI2ODQxODY0MTtBUzo0NDc1OTA1Mzg5NzcyODBAMTQ4M zcyNTMwODIxNw%3D%3D&el=1_x_3&_esc=publicationCoverPdf. Acesso em mai. 2018. MAGALHÃES, Welington Ferreira, G. FERNANDES, Nelson, C. FERREIRA, Amary. Físico-Química I: Termodinâmica do Equilíbrio. Universidade Federal De Minas Gerais (UFMG). 2013. Diponível em: http://www.ufjf.br/quimicaead/files/2013/05/Aula5_FQI.pdf. Acesso em mai. 2018. ODDONE, Décio, et al. Boletim de monitoramento da qualidade dos combustíveis. Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustível (ANP), 2018. Disponível em: http://www.anp.gov.br/images/QUALIDADE/BOLETIM/BQ_COMBUSTIVEIS_032018.pdf. Acesso em abr. 2018. RODRIGUES, Stéfanny Guimarães, FERREIRA, Ronaldo Lourenço. Análise Da Influência Da Gasolina Adulterada Na Autonomia E Rotação De Um Motor Quatro Tempos. 2015. Disponível em: http://www.unirv.edu.br/conteudos/fckfiles/files/TCC%20Artigo%20Cientifico%20- %20Stefanny%20Guimar%C3%A3es%20Rodrigues.pdf. Acesso em abr. 2018. SAGAN, Carl. Bilhões e Bilhões: reflexões sobre a vida e a morte na virada no milênio. Tradução EICHEMBERG, Rosaura. SP: Companhia das Letra, 1998. SANTOS, Klécia Morais, FERNANDES Nedja Suely, FERNANDES JR, Valter José. Determinação Dos Parâmetros De Octanagem (Mon, Ron E Iad) E Destilação Da Gasolina Tipo “C” Contendo Aditivos Comerciais. 1º Congresso Brasileiro de P&D em Petróleo e Gás UFRN – SBQ Regional RN, 2001. Disponível em: http://www.portalabpg.org.br/PDPetro/1/Artigos/LC/LC_006.pdf. Acesso em mai. 2018. SOUZA, Ana Paula, et al. Comparativo De Determinação Do Grau Alcoólico Entre Densímetro De Gay-Lussac E Título Alcoométrico. Ii Simpósio De Assistência Farmacêutica. 2014. Disponível em: http://www.saocamilo-sp.br/novo/eventos-noticias/saf/resumo-16.pdf. Acesso em mai. 2018.
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